Как проектировать детектор уровня синусоидальной волны 1-500 МГц до -90 дБм?

Я хочу создать детектор уровня синусоидальной волны, который будет работать от одной синусоидальной волны 1-500 МГц в диапазоне от -40дБм до -90дБм. Это хобби-проект, так что стоимость не является серьезным препятствием :-), но я хочу остаться ниже 2 Вт и примерно такого же размера.

Моя первая попытка работает хорошо только до -75dBm, поэтому мне нужна помощь в разработке более качественной схемы, чтобы достичь -90dBm. Каков наилучший способ разработки схемы для этого?

ЗАДНИЙ ПЛАН

Первая попытка дизайна здесь:

введите описание изображения здесь

Моя цепочка сигналов такая:

SMA> ADG918 (переключатель) -> MAX2611 (LNA) -> MAX2611 (LNA) -> AD8363 (датчик уровня ) -> аналого-цифровой преобразователь

Первый переключатель может выбрать опорный сигнал известной амплитуды для калибровки. Два LNA имеют усиление около 20 дБ каждый. Абсолютная точность не важна - все это можно откалибровать, если цепь относительно стабильна.

Результаты первого дизайна:

<График>

Я знаю, что борюсь с шумом 1 / f и тепловым шумом, но каков хороший дизайн, который может достигать измерений до -90 дБм?

Обновить

Теперь я знаю, что тепловые шумы устанавливают минимальный уровень шума над целью для широкой полосы 500 МГц, поэтому требуется другая схема (как объясняет Энди ака в своем ответе ниже).

Система «знает» измеряемую частоту, и в системе достаточно чистый тон этой частоты на уровне -10 дБм.

Идеальный ответ - это пример ключевых частей и набросок приблизительной блок-схемы.

rf high-frequency detector noisefloor

— Рольф Остергаард
источник

Вы знаете, с какой частотой вы пытаетесь измерить силу? Моя первая мысль - разработать калиброванный приемник 1-500 МГц, который позволил бы вам добавить больше усиления в систему, не беспокоясь о колебаниях.

— rfdave

Схема должна быть способна измерять уровень любой частоты в диапазоне - на самом деле я хочу пойти как можно ниже, но не выше 500 МГц.

— Рольф Остергаард

Конечно, но в этом диапазоне, когда вы пытаетесь измерить мощность сигнала, знаете ли вы, на какой частоте сигнал?

— rfdave

Дэйв, да, в системе также присутствует сигнал с точно такой же частотой.

— Рольф Остергаард

Тепловой шум для полосы пропускания 500 МГц при 50 Ом составляет около 20 V в 20degC. Вы можете дважды проверить это с помощью этого калькулятора, но метод длинной руки: $\mu$

$V_n = \sqrt{4\cdot K_B\cdot T\cdot R\cdot \Delta F}$

$\Delta F$

В любом случае 20 мкВ и 50 Ом дают мощность 8 пико ватт, а это -81 дБм.

Вы не получите -90 дБм, не настроив схему для подавления шума в областях, которые вас не интересуют. Или, возможно, стоит рассмотреть какую-то форму охлаждения?

— Энди ака
источник

Да, я понял это - теперь вопрос: каков наилучший способ сделать это тогда?

— Рольф Остергаард

@RolfOstergaard Знаете ли вы частоту интересующей нас синусоиды, т.е. можете ли вы грубо ограничить диапазон, чтобы уменьшить шум? Если вы не знаете частоту, то, возможно, вы все еще можете ограничить диапазон, но развернуться, пока не найдете ее? Как вы узнаете, когда найдете его, если не знаете его частоту? Мне нужно больше информации, чтобы увидеть, решаемо ли это.

— Энди ака

В системе уже присутствует тон той же частоты. И метод развертки будет работать, поскольку известно, что все другие чистые тона имеют более низкую амплитуду.

— Рольф Остергаард

\sqrt{I^{2} + Q^{2}}

$\sqrt{I^2+Q^2}$

Спасибо. Я понял, но вы можете быть более конкретным? Скажите, что опорный тон -10 дБм, где бы вы разместили стадии усиления? Можете ли вы предложить подходящий смеситель, который будет работать нормально? (мини-схемы и т. д. в порядке)

— Рольф Остергаард